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纳米吸水树脂的制备及在遇水崩解型聚苯乙烯中的应用

侯新华  
【摘要】: 本论文首先通过反相乳液聚合制备纳米吸水树脂,讨论影响反相乳液体系稳定性及聚合稳定性的因素,确定了稳定聚合的条件。研究了搅拌速率、油水相质量比、乳化剂用量等对纳米吸水树脂粉末平均粒径、粒径分布的影响,得到了制备较小平均粒径和窄粒径分布吸水树脂粉末的条件,即搅拌速率为800r/min,油水相质量比2:1,Span-80/tween-80复配乳化剂用量为6%,乳化时间为1.5h,丙烯酸溶液的中和度为90%,交联剂、引发剂用量分别为3‰,聚合4.5h。在该条件下制备出平均粒径为55nm的P(AMPS-AANa)吸水树脂粉末。同时研究了聚合工艺、聚合温度、交联剂用量、引发剂用量、丙烯酸中和度和AMPS的用量对吸水树脂的吸水倍率的影响,聚合工艺不同,吸水倍率不同,吸水倍率随着聚合温度的升高先增大后减小,随交联剂、引发剂的用量、丙烯酸中和度和AMPS用量的增大而下降。另外,研究了交联剂用量、AMPS用量对凝胶强度的影响,随交联剂用量或者共聚单体AMPS用量的增加,所得吸水树脂的凝胶强度逐渐增大。DSC测试发现所得吸水树脂水凝胶中含有许多利于WDPS崩解的结合水和束缚水,依据该理论基础研究了该纳米吸水树脂在不同条件下的保水性,发现在恒温、加压、自然条件和土壤高温中保水性良好。 将纳米吸水树脂粉末在表面活性剂Span-80作用下与苯乙烯在过氧化苯甲酰引发本体聚合过程中共混,制得遇水崩解型聚苯乙烯(WDPS)。该遇水崩解产物黏附吸水树脂水凝胶,具有良好的保水保肥作用,且对环境友好。在实验中探讨了影响WDPS崩解性能的因素。研究发现,吸水树脂的粒径越小、含量越高、凝胶强度越大时,WDPS崩解速度越快且彻底,而聚苯乙烯分子量越高,WDPS越难崩解,当Span-80用量占单体质量3%时,WDPS崩解后粒径均匀,崩解产物为粒径是1~10μm的粉末。在此基础上,对崩解过程的微观机理进行了深入探讨。 采用“两步法”发泡工艺,制备出遇水崩解型聚苯乙烯泡沫。用显微镜观察了泡沫的泡孔结构,发现添加纳米二氧化硅第二成核剂能够改善泡孔结构。同时对泡沫的密度与壁厚的关系进行了理论分析,为得到遇水崩解性能稳定的泡沫材料奠定了基础。


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